《Molecular Phylogenetics and Evolution》：Phylogenomics of
Rhinogobius gobies reveal northern-southern divergence and trait evolution in China
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该研究通过核基因富集和系统发育分析，揭示中国东部和南部26种Rhino gobius属物种的三个主要谱系，明确北方与南方谱系的地理分化，化石校准显示属 crown age约933万年前，关键分歧在约596万年前，南方谱系演化出独特的胸鳍公式和鳞片特征，为分类修订和保护提供框架。
刘素涵|薛秦文|胡云|胡建涛|潘一玲|卜云|王继良|夏建宏|李晨虹
上海海洋大学海洋动物分类与进化重点实验室，中国上海201306
摘要
鰕虎鱼属（Rhinogobius）是东亚地区淡水鱼类的一个重要辐射演化群，中国是其演化热点，拥有超过39种特有物种。尽管这些物种在河流生态系统中占据主导地位，但由于采样不足和形态保守性（尤其是在传统分类中使用的数量特征方面），中国大陆Rhinogobius物种之间的系统发育关系仍不明确。为填补这些知识空白，我们采用核基因富集方法，针对中国东部和南部所有主要河流流域的26个物种进行了4,434个单拷贝核位点的分析。基于2,137个经过清洗的位点（477,822 bp）的系统基因组分析，我们得出了一个稳健的系统发育树，将Rhinogobius分为三个主要支系：R. similis较早分化，作为两个主要支系的姐妹群；北部支系与南部支系之间存在明显的地理结构差异。化石校准的分子钟数据显示，Rhinogobius的冠群年龄约为933万年前（Ma），即晚中新世时期，而南北分化的关键节点发生在约596万年前，与东亚地区的主要古河道重组事件相吻合。祖先状态重建显示，南部支系独特地演化出了不稳定的第一背鳍结构以及几乎普遍存在的前背鳞。通过整合迄今为止最广泛的地理和分类学采样数据与系统基因组数据，本研究确立了：（1）与东亚地貌历史相关的Rhinogobius演化时间线；（2）主要支系的诊断性形态特征；（3）一个可靠的系统发育框架，以指导未来对该生态重要群体的分类修订和保护工作。
引言
鰕虎鱼属（Rhinogobius Gill, 1859）（隶属于鰕虎鱼科Oxudercidae）是东亚和东南亚地区物种最丰富、地理分布最广的淡水鰕虎鱼类群，其栖息范围从越南延伸至日本（Yamasaki et al., 2015）。中国是该属的演化中心，包含至少42种物种（其中39种为特有物种），分布于中国大陆、台湾和海南岛（Wu, 2008）。这些生态适应性强的鱼类展现出非凡的适应性特征，包括特殊的卵形态（Katoh and Nishida, 1994, Yamasaki and Tachihara, 2006）和复杂的繁殖行为（Kano et al., 2012），使其成为研究淡水适应性辐射的理想模型。尽管它们在生态上占据主导地位并具有经济价值（尤其是R. similis在渔业和水产养殖中的重要性，以及其他物种在观赏贸易中的价值），但其系统发育结构仍知之甚少。目前的认识主要来自对日本种群的研究（Yamasaki et al., 2015），导致中国丰富的物种资源在遗传学上尚未得到充分探索。
由于形态保守性和快速物种形成，Rhinogobius的分类学存在混乱。不同权威来源之间的物种数量存在差异：《鱼类目录》（Catalog of Fishes（Fricke et al., 2018）记载有83个有效物种，而FishBase（Froese and Pauly, 2022）则认可65个物种，后者包含了108个命名单元。分子研究揭示了大量同物异名现象，例如R. similis-R. giurinus（Suzuki et al., 2016），以及R. brunneus复合体内部的未识别多样性（Akihito et al., 2000, 2002, 2002）。尽管物种描述的速度不断加快（Chen et al., 2024, Chen et al., 2022, Chen and Wei, 2024, Xia et al., 2018），但大多数分类单元在数量特征上存在重叠（Maeda et al., 2024），且颜色差异仅表现为细微差别。这种形态保守性挑战了传统的分类方法，因为这些方法依赖于脊椎骨数量、鳞片排列和鳍条数量等特征，而这些特征在姐妹物种间往往缺乏诊断性区分能力。
迄今为止，关于Rhinogobius的系统发育关系仍存在争议，大多数研究仅依赖于线粒体标记。在首次比较性线粒体基因组分析中（Rhinogobius brunneus、R. leavelli、R. cliffordpopei、中国大陆的R. similis以及台湾特有物种R. rubromaculatus），Zhang和Shen（2019）将R. similis确定为基部支系，这一发现后来得到了多项线粒体DNA研究的支持（Han et al., 2025, Song et al., 2022, Tuncharoen et al., 2025）。然而，Tan等人（Tan et al., 2020）提出了另一种系统发育树，其中R. giurinus（R. similis的同物异名）和R. leavelli被归为姐妹群。迄今为止最全面的线粒体基因组研究（Jia et al., 2025）分析了16个物种，确定了两个主要支系：一个支系包含R. wuyanlingensis、R. filamentosus、R. zhoui和R. duospilus，另一个支系包括R. brunneus、R. leavelli、R. davidi、R. cliffordpopei、R. wuyiensis、R. lentiginis和R. niger。这些相互矛盾的系统发育树可能源于线粒体数据的两个根本局限性：线粒体数据作为脊椎动物的单一遗传单元，混淆了基因和物种的历史；以及分类学采样不足，未能全面反映该属的多样性。因此，需要更多的分类单元采样和额外的核DNA数据来更准确地解析Rhinogobius的系统发育关系。
在本研究中，我们从中国南部和东部的主要河流系统中收集了26种Rhinogobius物种。通过对4,434个核蛋白编码位点进行靶向测序，我们为这26个物种（共54个标本）生成了系统基因组数据集。此外，还对95个标本进行了8个数量特征的重新检测，并参考了已发表的形态学数据（Wu, 2008）。本研究实现了三个主要目标：（1）利用基因组水平数据重建Rhinogobius的首个物种级核系统发育树；（2）估计中国大陆支系的演化时间和生物地理历史；（3）在系统发育框架内评估传统的诊断性特征。我们的综合系统基因组-形态学方法解决了长期存在的系统学不确定性，为未来的分类修订奠定了基础。
采样与DNA提取
我们从中国南部和东部的主要河流系统中收集了26种Rhinogobius物种，包括长江、钱塘江、瓯江、汉江、荣江、红河和柳江流域，以及海南岛的孤立水系（图1）。这26种物种中有16种已被描述，10种尚未描述（详细信息见补充表S1）。从26个物种中的54个标本中采集了鳍片或肌肉组织样本（表1）。
系统发育关系与分化模式
最终分析包括了2137个位点（477,822 bp），排除了那些富集效率低（<80%的分类学覆盖率和<50%的样本覆盖率）的位点。串联的核系统发育分析强烈支持Rhinogobius的单系性（自举值=100%，图2，补充图1），其中R. similis首先分化，其他采样物种形成了两个具有明显生物地理模式的支系。支系S（自举值=100%）包含11种中国南部的物种
鰕虎鱼的生命周期演化
鰕虎鱼属（Rhinogobius）表现出明显的生命周期多样性。一些物种具有洄游特性，而另一些则在整个生命周期中生活在淡水环境中，表现为陆生或河生生活方式。普遍认为，Rhinogobius的淡水形式是从一种洄游祖先演化而来的（Katoh and Nishida, 1994, Masuda et al., 1989, Mizuno, 1960）。这一演化路径通过数学建模得到了进一步验证（Omori et
结论
本研究首次为中国大陆的Rhinogobius提供了全面的核系统基因组框架，确定了两个在晚中新世（约933万年前）起源并随后在上新世经历显著分化的支系。通过整合2,137个核位点与形态学和地理分布数据，我们揭示了古代气候波动和古河道重组对当前分布模式的影响，同时揭示了
本研究的局限性
本研究存在几个局限性。首先，分类学采样仍不完整。需要更全面的调查，覆盖更广泛的地理范围并进行更密集的种内采样，以充分捕捉该属的多样性并澄清其系统发育关系。其次，所提出的演化情景，特别是涉及古河道变化的情景，依赖于系统发育和当前物种分布的相关证据。
伦理声明
所有涉及动物标本的实验程序均严格遵循上海海洋大学（2020）制定的《动物研究伦理指南》。研究方案已由上海海洋大学动物伦理委员会审查并批准（方案编号SHOU-DW-2025-019）。
作者贡献声明
刘素涵：撰写——初稿、研究、数据分析、概念构建。薛秦文：撰写——审稿与编辑、方法学、研究。胡云：软件应用、资源准备、研究。胡建涛：撰写——审稿与编辑、方法学、数据分析、数据管理。潘一玲：撰写——审稿与编辑、方法学、研究、数据分析。卜云：软件应用、资源准备、研究。王继良：撰写——审稿与编辑、监督、资金支持
资助
本研究得到了“中国东部黄山-天目山和仙霞岭-武夷山生物多样性调查（项目编号2015FY110200”（J. X.）、“上海东方人才计划（2022”）（Y. B. 和 J. X.）以及“国家重点研发计划（2022YFC2601301”（C. L.）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们衷心感谢肖慧文先生在样本采集方面的帮助，以及黄志文先生（清华大学）在GIS数据可视化方面的协助。
